DE1501620A1 - Improvements from heat exchangers - Google Patents

Improvements from heat exchangers

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    • Y10S165/402—Manifold for shell-side fluid

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL.-ΙΝΘ. GRALFS I 0 U I b Z UDR. MÜLLER-BORE DIPL.-ΙΝΘ. GRALFS I 0 U I b Z U

DIPL.-PHYS. DR. MANITZ D1PL.-CHEM. DR. DEUFELDIPL.-PHYS. DR. MANITZ D1PL.-CHEM. DR. DEUFEL

PATENTANWAUTfEPATENT AWARDS

P 15 01 620.3 Wbk/Pa - S 568P 15 01 620.3 Wbk / Pa - S 568

Societe Grenobloise d'Etudes et d'Applications Hydrauliques (Sogreah), 84-86 Avenue Leon Blum, Grenoble (Isdre), PrankreichSociete Grenobloise d'Etudes et d'Applications Hydrauliques (Sogreah), 84-86 ave Leon Blum, Grenoble (Isdre), France

Verbesserungen an WärmeaustauschernImprovements to heat exchangers

Priorität: Prankreich vom 9. April 1964, Nr. 4672Priority: France, April 9, 1964, No. 4672

Die Erfindung hat einen verbesserten Wärmeaustauscher zum Ziel, der aus einem von einem Mantel umgebenen Rohrbündel besteht und Umlenkmittel, wie z. B. Prallbleche zur Zirkulation einer ersten Flüssigkeit oder eines ersten Gases in dem Mantel außerhalb der Rohre beinhaltet, während die zweite Flüssigkeit oder das zweite Gas im Inneren der Rohre zirkuliert; der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,The invention aims at an improved heat exchanger which consists of a tube bundle surrounded by a jacket consists and deflection means, such as. B. baffles for the circulation of a first liquid or a first Gas in the jacket outside of the tubes, while the second liquid or gas in the Circulates inside the tubes; the heat exchanger according to the invention is essentially characterized in that

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BRAUNSCHWEIG. AM BÜRGERPARK 8 "ff COS30 2 8i*S7 B MDNCHEN 22, ROBERT-KOCH-STa I ffi COail) 22511ΟBRAUNSCHWEIG. AM BÜRGERPARK 8 "ff COS30 2 8i * S7 B MDNCHEN 22, ROBERT-KOCH-STa I ffi COail) 22511Ο

JNW UIUtSl»aytill lAfi. . 3 ι „.i.. uf. i ödUd Ofci>/\»u«< JUy^ob. ».JNW UIUtSl »aytill lAfi. . 3 ι ".i .. uf. i ödUd Ofci> / \ »u« < JUy ^ ob. ».

daß der jedem dieser Umlenkmittel vorgelagerte und sich senkrecht dazu erstreckende Raum freigelassen ist und keine Rohre enthält, um so eine Einstellung der Zirkulation der ersten Flüssigkeit oder des ersten Gases innerhalb des Mantels derart zu ermöglichen, daß sie zwecks eines guten Wärmeaustausches senkrecht zu den einzelnen Rohren des Bündels erfolgt. Dabei wird gleichzeitig noch der Druckverlust dieser Strömung herabgesetzt, indem der Querschnitt des jedem Umlenkmittel vorgelagerten Raumes im wesentlichen dem von der Flüssigkeit oder dem Gas zwischen den einzelnen Umlenkmitteln durchströmten Querschnitt ist, so daß man eine über den gesamten Weg der Flüssigkeit oder des Gases im wesentlichen unveränderte Zirkulationsgeschwindigkeit erhält.that the upstream of each of these deflection means and itself perpendicular to it is left free and contains no pipes, so as to cease the circulation of the first liquid or the first gas within the jacket so that they are for the purpose of a good Heat exchange takes place perpendicular to the individual tubes of the bundle. At the same time the Pressure loss of this flow is reduced by the cross-section of the space upstream of each deflection means essentially the cross section through which the liquid or gas flows between the individual deflection means is so that one is essentially unchanged over the entire path of the liquid or gas Maintains circulation speed.

Diese Anordnung erlaubt aufgrund der Tatsache, daß der den Umlenkmitteln vorgelagerte und sich rechtwinklig dazu erstreckende Raum frei von jeglichen Hindernissen ist, dort die Einsteilung eines gleichförmigen Druckes und so eine gute Einstellung der Änderung der Durchfluß richtung vor den Enden der Umlenkmittel in der Weise, daß zwischen den Umlenkmitteln eine Zirkulation der Flüssigkeit oder des Gases senkrecht zu den Rohren des Bündels gewährleistet wird,und daß diese unter günstigen Bedingungen genutzt werden, was den thermischen Wirkungsgrad angeht.This arrangement allows due to the fact that the The space upstream of the deflection means and extending at right angles to it is free of any obstacles, there the adjustment of a uniform pressure and so a good adjustment of the change in the flow direction in front of the ends of the deflection means in such a way that between the deflection means, a circulation of the liquid or the gas perpendicular to the tubes of the bundle is guaranteed, and that these are used under favorable conditions, which increases the thermal efficiency concerns.

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Andererseits schadet dieses Weglassen der Rohre in dem den Umlenkmitteln vorgelagerten Raum - welches eine Verminderung des Druckverluste*s der Strömung der/des im Mantel zirkulierenden Plüssigkeit/Gases ermöglicht - nicht der Wirksamkeit des Wärmeaustausches, sondern erhöht sie im Gegenteil noch; denn der thermische Austausch ist in diesem den Umlenkmitteln vorgelagerten Raum stets schlecht aufgrund der Tatsache, daß sich dort tote Strömungszonen bilden.On the other hand, this omission of the pipes in the space upstream of the deflection means damages which a reduction in the pressure loss * of the flow of the liquid / gas circulating in the jacket enables - not the effectiveness of the heat exchange, but on the contrary increases it; because the thermal Exchange is always bad in this space upstream of the deflecting means due to the fact that there form dead flow zones.

Diese Anordnung ist, was die Bauweise angeht, vorteilhaft, indem sämtliche Rohre des Bündels von den UmIenkmitteln gehalten bzw. unterstützt werden und sich zudem in Gebieten gteichförmiger Zirkulationsgeschwindigkeit der Flüssigkeit oder des Gases und folglich im Bereich gut berechenbarer Vibrationsfrequenzen befinden, während man im klassischen Fall nicht unterstützter Rohre oberhalb der Umlenkmittel, wo die Zirkulationsgeschwindigkeiten ungleichmäßig verteilt und nur schlecht bekannt sind, ein ausgedehnteres Frequenzspektrum und die Risiken schwierig berechenbarer Vibrationen hat.This arrangement is structurally advantageous in that all the tubes of the bundle are separated from the deflecting means are held or supported and also in areas of equal circulation speed of the liquid or the gas and consequently in the range of easily calculable vibration frequencies while in the classic case of unsupported pipes above the deflection means, where the circulation speeds unevenly distributed and poorly known, a broader frequency spectrum and the risks has vibrations that are difficult to predict.

Die Erfindung wird in der Folge durch die Beschreibung einer beispielsweisen Ausführungsform anhand der Zeichnung näher erläutert, wobeiThe invention is illustrated in the following by the description of an exemplary embodiment with reference to the drawing explained in more detail, whereby

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Pig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher,Pig. 1 shows a longitudinal section through a heat exchanger according to the invention,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt längs Linie II-II von Fig. 1 undFig. 2 is a vertical section along line II-II of Fig. 1 and

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt längs Linie III-III von Fig. 1 darstellt.Fig. 3 is a vertical section along line III-III of Fig. 1 represents.

In Fig. 1 ist ein Wärmeaustauscher dargestellt, der aus einem zylindrischen Mantel 1 besteht,'in dessen Innerem sich ein Bündel Rohre 2 befindet, das den Mantel teilweise ausfüllt, und aus Prallblechen 3> die eine Lenkung der Zirkulation der/des sich im Matelinnern fortbewegenden Flüssigkeit/Gases ermöglichen".In Fig. 1, a heat exchanger is shown, which consists of a cylindrical shell 1, 'in which Inside there is a bundle of tubes 2, which partially fills the jacket, and baffle plates 3> the one control of the circulation inside the matel enable moving liquid / gas ".

Die im Mantel, aber außerhalb der Rohre 2 zirkulierende Flüssigkeit oder das Gas tritt durch den Stutzen 6 in Richtung von Pfeil f in den Wärmeaustauscher ein ' und bewegt sich in Richtung der Pfeile f^ im Mantel weiter, um in Richtung von Pfeil f2 durch den Stutzen 7 den Austauscher wieder zu verlassen.The liquid or gas circulating in the jacket, but outside the tubes 2, enters the heat exchanger through the nozzle 6 in the direction of arrow f and moves in the direction of arrows f ^ in the jacket to move through in the direction of arrow f 2 the nozzle 7 to leave the exchanger again.

Die andere Flüssigkeit oder das andere Gas zirkuliert in Richtung der Pfeile f^ in den Rohren 2.The other liquid or the other gas circulates in the direction of the arrows f ^ in the tubes 2.

Die Anordnung des Rohrbündels im Mantel ist gemäß derThe arrangement of the tube bundle in the jacket is according to FIG

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Erfindung so, daß die Räume 4 und 5, die den Prallblechen 3 vorgelagert sind, und sich rechtwinklig dazu erstrecken, keine Rohre enthalten.Invention so that the spaces 4 and 5, which are upstream of the baffles 3, and at right angles to it extend, no tubes included.

Diese freien Räume 4 und 5 ergeben sich aus den senkrechten, längs der Bleche 3 gelegten Schnitten der Fig. 2 und 3.These free spaces 4 and 5 result from the vertical sections of FIG. 2 and 3.

Man kann das optimale Volumen dieses freien Baumes im Verhältnis zum Volumen des Mantels 1 leicht berechnen.One can easily calculate the optimal volume of this free tree in relation to the volume of the mantle 1.

Nimmt man klassisch als Zwischenraum zwischen den Rohren 2 einen Abstand e an, der gleich einem Viertel ihres Durchmessers ist, also e = -τ, so folgt daraus, daß die Gesamtdurchtrittsbreite für die Flüssigkeit oder das Gas zwischen den Rohren für einen Mantel vom Durchmesser D etwa -r beträgt und daß für einen Abstand L zwischen den Prallblechen der Durchtrittsquerschnitt zwischen den Prallblechen rund L χ -r beträgt.If one assumes a distance e, which is equal to a quarter of their diameter, i.e. e = -τ, as the space between the pipes 2, it follows that the total passage width for the liquid or the gas between the pipes for a jacket of diameter D is approximately -r and that for a distance L between the baffle plates, the passage cross-section between the baffle plates is around L χ -r.

Im Falle des vorliegenden Beispiels, wo L = D gewählt wird, wird dieser Durchtrittsquerschnitt damit D2/5.In the case of the present example, where L = D is selected, this passage cross section is thus D2 /. 5

Wie bereits in der Einleitung erläutert, ist es nun aber vorteilhaft, die den Blechen 3 vorgelagertenAs already explained in the introduction, however, it is now advantageous to have the plates 3 upstream

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Durchtrittsquerachnitte 4 laid 5 gleich jenem Wert D /5 des Durchtrittsquerschnittes der Flüssigkeit zwischen den Rohren zu wählen.Passage cross sections 4 laid 5 equal to that value D / 5 of the passage cross-section of the liquid between the pipes.

Unter diesen Bedingungen erhält man, wenn man den Wert dieses den Prallblechen vorgelagerten freien Querschnittes D /5 mit dem Ge samt querschnitt des Mantels vergleicht:Under these conditions, if you get the value this free cross-section upstream of the baffle plates D / 5 compares with the total cross-section of the jacket:

D2 D 2

_ = — , was im wesentlichen 25 i» ausmacht. 5? 3,9_ = -, which essentially makes up 25 i ». 5? 3.9

Das Volumen des freien Baumes oberhalb und unterhalb der Rohre ist bedeutend und stellt also rund 50 # des Mantelvolumens dar.The volume of the free tree above and below the pipes is significant and therefore represents around 50 # des Cladding volume.

Ersichtlich ermöglicht der freie Raum oberhalb des Rohrbündels bei 8 zum Plüssigksits- oder Gaseinlaß 6 in den Mantel hin die Ausbildung eines kastenförmigen Raumes, in dem sich die Strömung an dieser Stelle verteilen kann, mit einer im wesentlichen gleichförmigen Druckverteilung über dem Querschnitt, wo die Flüssigkeit mit den Rohren in Berührung tritt, und zwar derart, daß die Zirkulation bei 9 in diesem Abschnitt des Austauschers gut senkrecht zu den Rohren erfolgt.As can be seen, the free space above the tube bundle at 8 allows for the Plüssigksits- or gas inlet 6 in towards the mantle the formation of a box-shaped space in which the flow can be distributed at this point, with a substantially uniform pressure distribution over the cross section where the liquid meets the tubes comes into contact in such a way that the circulation at 9 in this section of the exchanger is well perpendicular to the pipes.

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Die freien Räume 4 und 5» die den Prallblechen senkrecht vorgelagert sind, bewirken, daß die Druckverluste in diesem Bereich merklich herabgesetzt werden, wobei gleichzeitig der Richtungswechsel der Flüssigkeit oder des Gases von dem einen Blech zum anderen unter günstigen Bedingungen ermöglicht wird; dabei bewirken sie, daß die Plüssigkeits- oder Gaszirkulation zwischen den Blechen senkrecht zu allen Rohren erfolgt, was für einen guten thermischen Austausch günstig ist. m The free spaces 4 and 5 », which are positioned vertically in front of the baffle plates, have the effect that the pressure losses in this area are noticeably reduced, while at the same time the change in direction of the liquid or gas from one plate to the other is made possible under favorable conditions; in doing so, they cause the fluid or gas to circulate between the sheets at right angles to all of the pipes, which is beneficial for good thermal exchange. m

Das Rohrbündel könnte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Prallblechen eine oder mehrere Zwischenwände 10 tragen; diese Zwischenwände dienen dann zur Verstärkung ihrer Befestigung und zu ihrer Versteifung im Hinblick auf die Vermeidung von Vibrationen. Diese Zwischenwände könnten übrigens gleichzeitig als Führungen zur besseren Hinleitung der Flüssigkeits- oder Gaszirkulation senkrecht auf die Rohre dienen.The tube bundle could be between two consecutive ones Baffle plates carry one or more partitions 10; these partitions then serve as reinforcement their attachment and their stiffening with a view to avoiding vibrations. These partitions could also be used as guides to better direct the liquid or gas circulation vertically serve on the pipes.

Ersichtlich werden alle Rohre 2 des Bündels in jedem Fall von allen den Prallblechen 3 gehalten und befinden sich in Zonen einer Flüssigkeits- oder Gaszirkulation mit gleichförmiger Geschwindigkeit und folglich im Bereich von Vibrationsfrequenzen, die sich genau berechnen lassen. Außerdem liegen, wenn man den den Blechen 3 rechtwinkligIt can be seen that all tubes 2 of the bundle are held and are in any case by all of the baffle plates 3 in zones of liquid or gas circulation at uniform velocity and consequently in the area of vibration frequencies that can be precisely calculated. In addition, if you have the sheets 3 at right angles

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vorgelagerten Raum von Rohren freiläßt, ausgezeichnete Bedingungen für die Kenntnis der Strömungsgesetze in jener Zone vor, wo die Strömung ihre Richtung um 18O° ändert.upstream space of pipes, excellent conditions for knowledge of the laws of flow in that zone in front of where the current changes its direction by 180 ° changes.

Klglich kann man, sobald man die Strömungsbedingungen am Eingang der Prallbleche gut kennt, sowohl die Wärmeaustauschbedingungen im Rohrbündel als gleichermaßen auch die möglichen Vibrationsfrequenzen der Rohre im Hinblick auf die Vermeidung der Vibrationen genau berechnen; denn alle Rohre verhalten sich identisch.You can be sad once you see the flow conditions at the entrance of the baffle plate knows well both the heat exchange conditions in the tube bundle and equally also accurately calculate the possible vibration frequencies of the pipes with a view to avoiding the vibrations; because all pipes behave identically.

Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch beispielsweise auch möglich, dem Austauschmantel einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt zu geben. Ebenso sind beliebig viele andere Varianten möglich.In the context of the invention, however, it is for example it is also possible to give the replacement jacket a square or rectangular cross-section. Likewise are arbitrary many other variants are possible.

Patentansprüche;Claims;

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Claims (2)

Patentansprüche :Patent claims: Ϊ1J Wärmeaustauscher, bestehend aus einem von einem ersten Fluid durchströmten Rohrbündel, einem dieses Rohrbündel unter Freilassung einander gegenüberliegender Räume umschließenden und von einem zweiten Fluid durchströmten Mantel sowie axial beabstandeten Querschikanen, die sich abwechselnd voneinander gegenüberliegenden Seiten des Mantels jeweils bis zu den freien Räumen erstrecken und dadurch Umlenkräume festlegen, dadurch gekennzeichnet , daß der sich dem im Mantel (1) strömenden Fluid im Umlenkraum (4, 5) darbietende freie Querschnitt gleich dem freien Querschnitt in dem von Rohren (2) durchzogenen Raum zwischen den Querschikanen (3) ist.Ϊ1 J Heat exchanger, consisting of a tube bundle through which a first fluid flows, a jacket enclosing this tube bundle leaving opposing spaces free and through which a second fluid flows, as well as axially spaced transverse baffles, which alternately opposite sides of the jacket extend to the free spaces and thereby defining deflection spaces, characterized in that the free cross section presented to the fluid flowing in the jacket (1) in the deflection chamber (4, 5) is equal to the free cross section in the space between the transverse baffles (3) through which pipes (2) pass. 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Querschikanen (3) zumindest eine im wesentlichen nicht in die freien Räume (4, 5) eingreifende Zwischenwand (10) Vorgesehen ist.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized that between two successive transverse baffles (3) at least one substantially intermediate wall (10) which does not engage in the free spaces (4, 5) is provided. 909826/04909826/04 Neue UlUfcilayen IAn.. oi'wü.iuNew UlUfcilayen IAn .. oi'wü.iu LeerseiteBlank page
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